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Es geht in diesem Elektronik-Minikurs darum, einfache und elegante Methoden zu zeigen, wie man empfindliche Signaleingänge von Verstärkerschaltungen wirksam gegen zuviel Spannung schützt, wie z.B. vor sogenannter elektrostatischer Entladung, wie sie bei Berührung von elektronischen Teilen durch elektrisch geladenen Personen auftreten kann.
Das Update besteht aus einem neuen Kapitel am Schluss mit dem Titel NICHT FUNKTIONSFÄHIGER ÜBERSPANNUNGSSCHUTZ. Es gibt Kriterien bei dauerhaften Überspannungen, die es zu beachten gilt, soll der Schutz definitiv auch wirksam sein. Dies wird in diesem Kapitel an einem fiktiven Schaltschema thematisiert. Im einzelnen Fall muss man die daraus gewonnen Erkenntnisse entsprechend anpassen.
Zurück zum Elektronik-Minikurs als Ganzes zur Erinnerung. Worum es geht illustriert das Titelbild. Es zeigt den Überspannungsschutz mit Dioden. Eine Überspannung führt dazu, dass diese als Strom über die eine Diode zur positiven Betriebsspannung oder über die andere Diode zur negativen Betriebsspannung führt. Je nach Polarität der Überspannung. Kleinsignal-Dioden haben den Nachteil, dass im Sperrbetrieb der Strom im 10 nA-Bereich zu gross sein kann, wenn die Eingangsstufe des zu schützenden Verstärkers sehr hochohmig arbeiten muss, wie dies bei elektrophysiologischen Messungen, wie z.B. EMG (intramuskulär) oft nötig ist. Dies kann zu lästig hohen DC-Offsetspannungen an den Verstärker-Eingängen führen. Abhilfe schafft hier der Einsatz von Transistoren, welche als Basis/Kollektor-Dioden (NPN) arbeiten, dessen Ströme im Sperrbetrieb rund 1000 mal niedriger sind. Die Verwendung von handelsüblichen Kleinsignal-Transistoren sind billiger und leichter erhältlich als sogenannte Pico-Ampere-Dioden, die dann ihre Berechtigung haben, wenn die messtechnischen Anforderungen an Präzision noch grösser sind.
Von einem Leser erhielt ich vor vielen Jahren eine EMail mit einer interessanten Empfehlung, die sich vor allem dann eignet, wenn eine Überspannung langzeitig auftritt. Wenn man anstelle des Vorwiderstandes eine mit MOSFET realisierte bipolare Konstant-Stromquelle einsetzt, erreicht man, dass oberhalb eines gewissen definierbaren Stromes, der durch die Überspannung erzeugt wird, der Eigenwiderstand sich vergrössert und sich so der Strom in Richtung der Speiseleitung auf einen niedrigen Wert stabilisiert. Dies reduziert signifikant die Verlustleistung.
Zwischen dem Überspannungsschutz und dem Opamp-Eingang gibt es auch noch einen Widerstand. Warum es diesen dringend braucht, ist ebenfalls ein wichtiger Inhalt in diesem Elektronik-Minikurs.
